Strumenti da Taglio in Inox e loro Corrosione

[Aldebaran]

Tipi di Corrosione

La ragione per cui gli acciai inossidabili possiedono una buona resistenza alla corrosione è che sulla loro superficie si forma una pellicola di ossido che protegge l'acciaio da possibili aggressioni esterne.Uno degli elementi che contribuisce sostanzialmente alla creazione di questo film è il cromo.Una rapida riduzione del tasso di corrosione si nota dopo l'aggiunta del 10% di cromo nella lega dell'acciaio.Ma per avere un film di protezione compatto è bene aggiungere almeno l'11% di cromo nella chimica dell'acciaio.In definitiva si è capito che quando si ha dall'11% al 16 % di percentuale di cromo l'acciaio è ancora sensibile ad agenti dannosi, mentre è molto piu' resistente con un contenuto di cromo compreso tra il 17-18 % .
Nonostante tutte le attenzioni del caso, anche gli acciai inossidabili possono andare incontro a problemi di corrosione umida, così suddivisa per gli acciai inossidabili:

#Corrosione Generalizzata.
#Pitting o vaiolatura.
# Corrosione interstiziale.
# Corrosione intergranulare.
# Corrosione sotto stress.
# Corrosione galvanica.

Senza pensare di avere la pretesa di essere esaustivi, se ne dà di seguito una breve descrizione, con un accenno anche all’ossidazione a caldo.

Corrosione Generalizzata

Questo tipo di corrosione è caratterizzata da una perdita più o meno anche di materiale su tutta la superficie o relativamente su. gran parte di essa. La corrosione generalizzata degli acciai inossidabili normalmente si verifica solo soluzioni acide / caustiche.
Un materiale è generalmente considerato resistente alla corrosione generale in un ambiente specifico, se la velocità di corrosione è
inferiore a 0,1 mm / anno.
E' molto frequente nei bassolegati carboniosi.

o Pitting o vaiolatura

Probabilmente il fenomeno corrosivo più conosciuto sugli acciai inossidabili. Causato da una lacerazione locale dello strato passivo, derivante dall’azione di elementi fortemente attivanti quali ad esempio gli ioni (CI) o fluoruro (FI). Sulla superficie si creano puntinature o vaioli caratterizzati da un cratere (area anodica) circondato da un alone (area Catodica). La violatura può essere di tipo penetrante o cavernoso. Per evitare questa forma di corrosione è necessario scegliere leghe con elevati quantitativi di cromo (Cr), nichel (Ni) e molibdeno (Mo) che posseggono uno strato passivo più resistente. È comunque consigliato evitare ambienti contenenti forti quantitativi di ioni cloro e alogenuri in genere.
Il metodo (PREN) è un modo teorico di confrontare la resistenza alla corrosione tipo pitting di vari tipi di acciai inossidabili, in base alla loro composizione chimica.
E' un metodo che non puo' essere utilizzato per prevedere se un determinato acciaio, in un determinato ambiente, sarà adatto per una data applicazione, dove la corrosione( pitting )può essere un pericolo.
Questa è sono la formula "lineare", in cui il molibdeno e i livelli di azoto sono 'ponderati' in modo da tener conto della loro forte influenza sulla resistenza alla corrosione per vaiolatura.

PREN = Cr + m Mo + n N PREN = Cr + Mo m + n N

Dove 'm' e 'n' sono i fattori per il molibdeno e azoto.

La versione più comunemente usata della formula è

PREN = Cr + 3.3Mo + 16N

o Interstiziale o crevice-corrosion

Tipico fenomeno corrosivo localizzato si lacera lo strato passivo a causa di una scarsa ossigenazione che si verifica in un interstizio o, comunque, in zone di ristagno in presenza di una sostanza corrosiva. Come prevenzione è quindi opportuno eliminare interstizi, meati o ristagni. Laddove ciò
non sia possibili è necessario utilizzare acciai inossidabili con strati passivi più resistenti (elevati tenori di cromo (Cr), nichel (Ni), o molibdeno (Mo)).

o Intergranulare

La permanenza più o meno prolungata (saldatura, errato trattamento termico, condizioni di esercizio) in determinati intervalli di temperatura (450÷850 °C per gli acciai inossidabili austenitici) crea una precipitazione di carburi di cromo ai bordi dei grani. Tali zone, dove il tenore di Cr scende al di sotto della percentuale minima (12% ~) necessaria per garantire “l’inossidabilità”, in presenza di un agente aggressivo, divengono sede dell’attacco corrosivo. Per evitare questo fenomeno, nel caso in cui non si possa eliminare l’alternativa termica, è necessario utilizzare, nel caso degli austenitici, acciai inossidabili a basso contenuto di carbonio, i tipi L (Low Carbon), oppure stabilizzati con opportune quantità di titanio o di niobio, per esempio i tipi AISI 321 0 316Ti. I tipi ferritici ELI sono praticamente immuni da questa forma di corrosione, visiti i bassi tenori di carbonio e la concomitante presenza di stabilizzanti.

o Tensocorrosione o stress-corrosion-cracking

L’azione contemporanea di una sollecitazione meccanica, nel senso della trazione, e di un attacco chimico, può creare l’innesto di cricche, specie su strutture austenitiche. Tali cricche ortogonali rispetto alla direzione della sollecitazione meccanica, possono procedere sia transgranularmente
che intergranularmente. Per evitare questo fenomeno, dove non sia possibile eliminare o limitare l’azione meccanica o quella chimica, si possono impiegare acciai inox a parziale struttura ferritica (duplex) oppure a totale struttura ferritica, quest’ultima praticamente insensibile al fenomeno
descritto.

o Corrosione galvanica

Mettendo a contatto materiali di diversa nobiltà in presenza di un elettrolito si creano le premesse per questo tipo di corrosione. Intervengono poi altri fattori quali il rapporto tra le superfici a contatto, la natura dell’elettrolita. L’acciaio inox è materiale nobile, ovvero spostato verso
l’estremità catodica della scala galvanica; si dovrà porre quindi attenzione a eventuali accoppiamenti con materiali meno nobili, quindi a comportamento anodico. Per evitare questo attacco è necessario accoppiare l’inox con materiale di pari nobiltà; oppure interrompere la
continuità metallica tra i due diversi materiali con elementi isolanti.

o Ossidazione a caldo

L’eccessiva alterazione termica del metallo (trattamenti termici, saldature oppure d’esercizio) è la causa che può creare questo fenomeno che comporta la formazione di ossidi scuri in superficie.
Un proprio limite di temperatura è abbinato ad ogni acciaio inossidabile, oltre il quale si può verificare, in aria, il fenomeno descritto. Per evitare questo, laddove non sia possibile limitare l’alterazione termica è necessario utilizzare acciai inox refrattari ad alto contenuto di cromo (Cr), sia
della serie ferritica che della serie austenitica. Quando si eseguono delle saldature o dei trattamenti termici è possibile utilizzare rispettivamente gas di protezione o atmosfere controllate che impediscono il contatto diretto del metallo con l’aria circostante.

Ora analizzeremo gli elementi presenti nell'acciaio che contribuiscono a renderlo piu' resistente alla ruggine.

Cromo (Cr)

Questi è l'elemento più importante (per quanto concerne l'argomento trattato) presente nella lega degli acciai inossidabili. La resistenza all'ossidazione aumenta con l'aumentare del contenuto di cromo.Per i coltelli, la cosa migliore per acciai inossidabili martensitici come 440C o 420, è utilizzare temperatura di austenitizzazione alte (sempre facendo attenzione all'ingrossamento del grano), per far entrare in soluzione una maggior quantità di cromo, migliorando sia la resistenza a corrosione sia la tenuta del filo, dato che carburi di cromo diminuiscono tale parametro.
Personalmente, nel caso in cui ci sia la possibilità di fare un sottoraffreddamento serio, penso che, per i coltelli, la cosa migliore per acciai inossidabili martensitici come 440C o 420, sia utilizzare temperatura di austenitizzazione alte (sempre facendo attenzione all'ingrossamento del grano), per far entrare in soluzione una maggior quantità di cromo, migliorando sia la resistenza a corrosione sia la tenuta del filo, dato che carburi di cromo diminuiscono tale parametro.
Per la migliore resistenza a corrosione è bene usare T di rinvenimento "basse" (200-300°C circa), mentre per la migliore tenacità 500-550°C (per ottenere la martensite rinvenuta, compatibilmente con durezze non troppo elevate ovviamente e facendo attenzione alla malattia di krupp).
I carburi aiutano e molto la durezza, la finezza dei carburi dipende dal tempo, temperatura e spegnimento più o meno rapido.Si tenga presente che durante il rinvenimento si ha comunque la coalescenza dei carburi (si accoppiano per formarne uno più grosso).
Quindi credo che sia meglio utilizzare temperature di austenitizzazione medie, in modo da riuscire a sfruttare soddisfacentemente l'indurimento secondario, trasformare l'austenite residua in martensite (TCC e successivamente rinvenuta), e avere comunque una discreto tenore di cromo libero.

Per quanto riguarda la coalescenza essa avviene dopo la completa precipitazione dei carburi (dato che da tale T sino ad Ac1 la durezza diminuisce per la coalescenza di tali carburi).
Il Cromo promuove una struttura ferritica.

Nichel (Ni)

Il motivo principale per l'aggiunta di nichel è quello di promuovere una struttura austenitica.Il Nichel generalmente aumenta duttilità e tenacità. Riduce anche la velocità di corrosione ed è quindi vantaggiosa la sua presenza in ambienti acidi. L' indurimento dovuto al nichel è utilizzato anche per formare i composti intermetallici che vengono utilizzati per aumentare la resistenza.

Molibdeno (Mo)

Il Molibdeno aumenta notevolmente la resistenza alla corrosione generale e localizzata. Aumenta la
resistenza meccanica e promuove una struttura ferritica. Negli acciai martensitici esso aumenterà la durezza a temperature di rinvenimento superiori grazie al suo effetto sulla precipitazione dei carburi.

Rame (Cu)

Il rame aumenta la resistenza alla corrosione in alcuni ambienti acidi e promuove una struttura austenitica.

Manganese (Mn)

Il manganese è usato generalmente in acciaio inossidabile al fine di migliorare la duttilità a caldo. Il suo equilibrio varia con la temperatura: il manganese a basse temperature è uno stabilizzatore dell'austenite, ma ad alte temperature stabilizza la ferrite. Il Manganese aumenta la solubilità di azoto e viene utilizzato per ottenere contenuti ad alto contenuto di azoto .

Silicio (Si)

Il Silicio aumenta la resistenza all'ossidazione. Promuove una struttura ferritica.

Carbonio (C)

Il carbonio riduce la resistenza alla corrosione intergranulare.

Azoto (N)

L'azoto promuove fortemente una struttura austenitica. L'azoto aumenta la resistenza alla corrosione localizzata, soprattutto in combinazione con il molibdeno. Nei martensitici e martensitici-austenitici l' azoto aumenta sia la durezza e la resistenza, ma riduce la tenacità.

Titanio (Ti)

Negli acciai è aggiunto per aumentare la resistenza intergranulare .Il titanio abbassa la durezza della martensite e aumenta la resistenza al rinvenimento.

Alluminio (Al)

L'Alluminio migliora la resistenza all'ossidazione, se aggiunto in quantità considerevoli. E' utilizzato in alcune leghe resistenti al calore.

Zolfo (S)

Gli attuali livelli di zolfo in queste classi di acciai riducono sostanzialmente la resistenza alla corrosione.

Cerio (Ce)
Viene aggiunto agli acciai legati per aumentare la resistenza all'ossidazione e alla corrosione ad alta temperatura.

Diagrammi di Schaeffler,De Long.

L'effetto degli elementi di lega sulla struttura degli acciai inossidabili è sintetizzato nel Diagramma di Schaeffler,De Long.
Schaeffler fu il primo nel 1949 ad introdurre i concetti di cromo e nickel equivalenti, basati sulla classificazione dei diversi elementi in base al loro potere austenitizzante o ferritizzante, grazie ai quali egli poté riportare su di un semplice diagramma bidimensionale Cromo equivalente/Nickel equivalente l’effetto degli elementi alliganti sulla microstruttura finale del cordone di saldatura. In particolare, nel diagramma di Schaeffler, riportato in fig.1, il dominio delle leghe bifasiche austeno-ferritiche fu suddiviso da linee isoferrite, concepite come costitutive di un fascio proprio di rette, ed estese parzialmente anche alla regione di presenza contemporanea di martensite e ferrite-δ.
Fig-1.

schaf1.gif

Successivamente, il diagramma di Shaeffler venne più volte ripreso e modificato, sia per migliorare l’accuratezza delle stime da esso fornite, sia per estenderne la validità anche ad acciai inossidabili austenitici con un numero maggiore di elementi alliganti. La prima modifica essenziale risale al 1956 e fu introdotta da De Long , il quale modificò la posizione delle linee isoferrite,che non risultavano più uscenti da un medesimo punto bensì parallele fra loro, anche tenendo conto
del potere austenitizzante dell’azoto ed impiegando per la prima volta misure con metodo magnetico, più ripetitivo e standardizzabile della tecnica per via metallografica. Nonostante le modifiche apportate, tuttavia, i concetti di Creq e Nieq non furono mai abbandonati, ed anzi furono applicati anche ad altri ambiti non concernenti strettamente le tecnologie di saldatura. Irvine et Al.,nel 1959, adottarono un approccio analogo nello studio di leghe austenitiche a trasformazione controllata per applicazioni aeronautiche, nel quale fu quantificato separatamente l’effetto dei diversi elementi di lega sul grado di ferriticità della microstruttura a temperatura ambiente e sulle temperature caratteristiche di trasformazione martensitica. Pryce ed Andrews, nel 1960, tracciarono un diagramma di Schaeffler modificato per la previsione del tenore di ferrite-δ nelle leghe inossidabili austenitiche durante i trattamenti ad alta temperatura, nello
specifico 1150°C, sulla base dell’esigenza di previsione della duttilità a caldo di tali leghe. In tale ambito i concetti di Creq e Nieq furono impiegati anche per la previsione dell’attitudine delle leghe inossidabili austenitiche alla formazione di fase σ, infragilente, per effetto di prolungati trattamenti termici ad alta temperatura. Hull , nel 1973, svolse infine un’attività sistematica di caratterizzazione su 70 colate sperimentali di leghe inossidabili con tenori differenti di ben tredici
elementi alliganti, potendo in tal modo redigere una versione particolarmente accurata del diagramma di Schaeffler; in tale circostanza venne anche introdotta una funzione θ, espressa in base al potere austenitizzante di tutti gli elementi considerati, in grado di fornire un’immediata indicazione circa la stabilità della fase austenitica di una lega di prefissata composizione. Tale funzione esprimeva il tenore di Ni, da aggiungere alla lega, necessario per l’eventuale ristabilimento
della condizione di completa stabilità dell’austenite, essendo tale condizione già verificata nel caso di negatività del valore assunto dalla funzione θ.
Attualmente, le versioni più aggiornate del diagramma di Schaeffler risalgono ai lavori commissionati dal Welding Research Council (WRC), che si basano sull’elaborazione dei risultati della caratterizzazione di oltre 950 cordoni di saldatura eseguiti con metalli base e d’apporto noti sia
per composizione che per rapporto di diluizione . Tali lavori, pubblicati in due periodi successivi, il 1988 ed il 1992, e di cui la versione più aggiornata è riportata in , sono contraddistinti da una validità dichiarata sino a valori della percentuale in volume della ferrite pari al 65% e, nel caso dell’ultima versione, è tenuto in considerazione per la prima volta anche l’effetto austenizzane del Cu, sovente aggiunto negli acciai inossidabili austenitici per migliorarne le
caratteristiche di lavorabilità a freddo.

Ringraziamenti:Desidero Ringraziare Paciccio e lo Staff di Kenz'e meres per l'opportunità e i membri del forum che mi spingono a scrivere questi articoli.

Bibliografia:
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